操作系统：进程与线程
进程的概念
为什么会有进程？
操作系统的设计目标之一是充分利用硬件资源，当有程序处于阻塞状态（如正在 I/O）时，CPU是闲下来的
自然而然地可以想到，为什么不让 CPU 先执行另一个程序等到这个程序 I/O 结束，再继续执行这个阻塞的程序呢？
另一方面，多用户操作系统使得计算机要能在不同用户执行的程序中来回切换
即管理 CPU 的方式应该是多道程序、交替执行（并发）
顺序执行一个程序，只需要置好 PC，CPU 就会取指执行
想要在进行中的程序间交替执行，不能只简单地改变 PC
交替执行的程序不同于顺序执行的程序，因此产生了进程的概念
进程，简单来说就是进行中的程序，
操作系统记录进程的信息，按照合理的次序推进（分配资源、进行调度）
CPU 的管理就是进程的管理，通过管理 PCB（Process Control Block，进程控制块）实现
每个进程的 PCB 中保存了这个进程切换所需的上下文，寄存器值、PC，等等
多进程的组织形式：PCB、进程的状态以及队列
一个正在执行的进程占用 CPU
其他就绪的进程在就绪队列中等待执行
有些进程在等待某些事件 如磁盘等待队列
多进程交替执行：队列操作、调度及切换
队列操作，比如，将一个进程的 PCB 由磁盘等待队列出队，挂到就绪队列队尾
调度：即进程调度，决定接下来 CPU 执行哪一个线程
切换：进程上下文的切换
进程对内存的使用
如果一个进程将中间结果存储在某个位置，另一个进程恰好也在该位置写入数据，那么就出事了
因此每个进程的内存空间应当是独立的
进程同步与合作
然而进程间常常需要合作，比如进程间通信，或者说两个进程共用一块内存
简单的说，两个进程同时修改同一个变量，可能丢失其中一个进程的修改结果
此时当保证进程同步，即合理的推进顺序（控制进程切换的时机）
因此多进程并发的状态应该关心一下几件事
- 读写 PCB
- 操作寄存器完成上下文切换
- 进程调度
- 进程的同步与合作
- 地址映射
操作系统多进程基本图像
线程的概念
如上，进程由 资源 + 指令序列 两部分组成，
因此进程既作为资源分配的单位，又可以作为调度和分派的单位
进程切换时，资源与指令序列都需要切换
那么，如果将资源和指令序列分开，一份资源对应多个指令序列，切换时仅切换指令序列
即 保留并发的优点，减小切换的代价
实质是，内存映射表不变、PC 等寄存器改变
一份资源对应多个指令序列是有实用价值的，比如 IDE，可以有一个线程用于显示，一个线程
负责处理输入，还有一个线程进行语法检查，它们确实使用同一块内存
线程即是轻量级的进程
它拥有最基本的资源（TCB（Thread Control Block，线程控制块）、PC、寄存器值、栈）
因此，线程作为调度和分派的基本单位
一个进程中可以有多个线程，这些线程共享进程的内存地址空间（可以访问任何一个虚地址）和资源（打开的文件、定时器、申请到的 I/O设备 等等），
进程间并发执行，一个进程中的多个线程间同样可以并发执行，但是不同进程中的线程进行切换时，也就发生了进程的切换
总结一下
进程作为资源分配的基本单位，线程作为调度、分派和独立运行的基本单位
线程是轻量级的进程，保留了并发性的优点，减小切换的代价（没有切换内存映射表）
线程只拥有能保证独立运行的资源，多个线程间共享该进程的内存地址空间和资源
不同进程间需要保持相当的独立性，而同一进程的不同线程间独立性低很多
进一步了解：用户级线程、内核级线程
2019/12/20
